R00013IKO HIRATA2, SHIVA PRASAD3. LUIZ CARLOS LUCHINI4; FRANCISCO DE ASSIS P. NUNES5.TEREZINHA B. MESQUITA6 e ELZA E. RIJEGG7
RESUMO - Analisa-se a tranformação química do malation, em quatro solos dos éstados de Alagoas e Parafba, usando-se ténicas radiométricas. A velocidade de degradação do inseticida nos quatro solos foi relacionada l sua extensão de adsorção pelos componentes do solo, sugerindo que nos trés perfis de solo Podzólico Verme lho-Amare lo os fenômeriosdegradativos tenham ocorrido por reações químicas catalisadas nas superfícies de adsorção. Para o Glei Pouco Húmico distrófico, a adsorção retardou a transformação do praguicida em Outros compostos químicos, sendo provávelcue esse atraso esteja re-lacionado com o tipo de argila presente na estrutura do solo. A evolução do 4CO foi muito lenta, quando comparada com a transformação do malation, evidenciando que os metabólitos intermediários são mais estáveis quimicamente que o malation do qual se originaram.
Termos para indexação: adsorção, técnicas radiométricas.
DEGRADATION OF THE INSECTIC1DE MALATHION IN SOILS FROM BRAZILIAN NORTHEAST REGION
ABSTRACT - The chemical transformation of the insecticida malathion in four soil types from the States of Alagoas and Paraíba was analyzed by using radiometric techniques. The rate of degradation in the four soils was related to the adsorption of the insecticide by soil components, suggesting that in three profiles of Red-YeIIow Podzolic sou the degradation took place by a chemical process catalyzed by adsorption. 1 n the profile of Light-Hu mic dystrophic Gley soil the adsorption retarded the transforma-tion of malathion into otherchemical species; this mightbe related to thetype of cray mineral present in the soil structure. The 14CO2 evolution was very slow as compared with the transformasion of the malathion molecule, indicating that the intermediate metabolites are chemically more stable than malathion from which they originated.
INTRODUÇÃO
O rápido desenvolvimento de áreas agrícolas no Brasil tem levado à utilização cada vez maior de
1 Aceito para publicação em 4 de novembro de 1985. Trabalho realizado no Centro de Radioisótopos do Ins-tituto Biológico de São Paulo. Parcialmente financiado pela SUBIN/BrasíLia, AIEA/Viena, Áustria e CNPq/ Brasília.
Químico, M.Sc., Centro de Radioisótopos do Instituto Biológico de São Paulo, Caixa Postal 7119, CEP 04014 São Paulo, SP. Bolsista do CNPq.
a Químico, Ph.D., Universidade Federal da Paraíba, Cai-xa Postal 363, CEP 58100 Campina Grande, P13. Químico, Centro de Radioisótopos do Inst. Biol. de São Paulo.
Químico, Empresa de Pesquisa Agropecuária do Esta-do de Alagoas S/A. Caixa Postal 99, CEP 57000 Ma-ceió, AL.
6 Tc. Lab., Centro de Radioisôtopos do Inst. Biol.. de São Paulo.
Biologista, Dra., Centro de Radioisótopos do Init. Biol. de São Paulo.
agroqufmicos no combate às pragas dos mais dife-rentes tipos de cultura e na preservação dos produ-tos das colheitas (Giannotti et ai. 1972).
Para fazer melhor uso do crescente niimero de compostos organossintéticos que chegam ao solo essencial ter uma compreensão do comportamen-to dos defensivos agrícolas nesse meio, sob diferen-tes condições, assinalar seus possíveis efeitos adver-sos, e conhecer como eles podem ser minimizados.
A conversão do pesticida, originalmente aplica-do, em outros produtos, nem sempre resulta em perda da atividade biológica (Cowart et ai. 1971). Em alguns casos, os subprodutos podem ser mais ativos que o composto inicial, contra uma faixa diferente de organismos, tornando-se necessário um conhecimento detalhado dos caminhos de degradação, bem como da velocidade das trans-formações do composto de origem, para se com-preender os efeitos biol6gicos produzidos por um dado pesticida.
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R. HIRATA et ai.
da classe dos organoclorados, trazendo como con-seqüencia problemas ambientais, levou muitos países a restringir o seu uso e, como alternativa, sua substituição por outros praguicidas mais fa-cilmente degradveis.
Este artigo descreve o comportamento do ma-lation, um inseticida organofosforado, em amos-tras de quatro solos do Nordeste brasileiro, e faz parte de um programa de investigação sistemática do estudo de pesticidas em solos do Brasil.
MATERIAL E MÉTODOS
Solos
Utilizaram-se amostras de quatro solos do Nordeste brasileiro, coletadas nos estados de Alagoas e Paraíba. Algumas de suas características constam da Tabela 1. Amostras de cada solo foram secas ao ar e tamisadas em malhas de 2 mm.
Inseticida
Malation-14 C foi obtido no Centro de Radioquímica, Amersham, Inglaterra, com pureza radioquímica de 98% e atividade específica de 4,6 mCi/mmol. Para os ensaios, preparou-se uma solução aquosa de malation técnico, ce-dido pela Seção de Química do Instituto Biológico, com concentração de 20 I.Lg/ml à qual adicionou-se o compos-to radioativo, resultando uma solução com atividade de 258.396 dpm/ml. O inseticida foi adicionado aos solos à taxa de 2 1g/g de solo.
Tratamento dos solos
Os ensaios de degradação do malation- 14 C foram reali-zados com amostras de 10 g de solo colocados em frascos de 250 ml, com rolhas de vidro esmerilhadas. Em seguida, adicionou-se às amostras dos solos Podzólico Vermelho--Amarelo (PVA-1), Podzólico VermelhoVermelho--Amarelo (PVA-2), Podzólico Vermelho-Amarelo (PVA-3) e Glei Pouco Hú-mico distrófico, 3,4, 0,8, 2,3 e 3,5 ml de égua destilada, respectivamente. A adição final de 1 ml da solução aquo-sa do malajjon- 14 C elevou a umidade das amostras dos quatro solos para 213 da capacidade de campo. Amostras em triplicatas foram extraídas e analisadas em diversos in-tervalos de tempo.
Extração do malation
Amostras dos solos foram extraídas agitando-se duas horas com 25 ml do sistema de solvente n-hexano + 1-pro-panol (1:1, v/v). Após esse período, separou-se o sobrena-dante e repetiu-se a mesma seqüência de operações com o solo remanescente. Foram juntadas as duas fases orgânicas em um balão volumétrico e completou-se o volume para 50 ml, com o mesmo sistema de solvente de extração. Desse extrato, retirou-se uma alíquota de 5 ml, que foi evaporada até à secura, em frascos de cintilação, e em se-guida foram quantificadas os compostos radioativos pre-sentes. (5 ooqq .9 o x a. (5 .! -qa o .4bc e')c' a, — a) a, a, a) a €s o -1
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Os Cxtratos de cada amostra de solo foram evaporados até, à secura, em béquer de 150 ml; adicionaram-se 5 ml de acetona para solubilizar o resíduo de evaporação, e se-cou-se a solução com sulfato de sódio anidro. Analisou-se essa alíquota de extrato por cromatografia em camada delgada de silicagel 60 F254 (Merck). O sistema de sol-vente utilizado foi n-hexano-acetona (4:1, v/v), no qual o malation- 14 C apresentou Rf 0,33. O cromatograma foi exposto durante um ms a um filme de raios X. As regiões da placa correspondentes às impressionadas na auto-radio-
grafia foram raspadas para frascos de contagem de cintila-ção líquida, e quantificadas.
Combustão úmida do solà
Após a extração, o radiocarbono remanescente nas amostras dos solos foi determinado por combustão úmida a' 4CO2, usando-se o procedimento de Smith et ai.
(1964).
Captura 14CO 2
o 14 co2
evolvido dos solos foi coletado em frascos de cintilação contendo etanolamina. Os frascos de captu-ra, colocados juntamente com as amostras de solos, eram trocados periodicamente, e a atividade, determinada por cintilação em líquido utilizando como coquetel de cintila-ção a solucintila-ção: 5,5 g de PPO, 666 ml de tolueno, 333 mlde éter glicolmonometílico e 429 ml de metanol. O acrés-cimo de metanol tem como finalidade evitar a formação de um sistema bifásico decorrente da água absorvida pela etanolamina.
Determinação de radioatividade
Todas as medidas radiométricas foram realizadas em espectrômetro de cintilação em líquido da Nuclear
Chica-go, modelo Mark 1, conforme descrito por Rüegg et aL (1977).
Estudo de sorção
A 10 g de solo adicionaram-se 100 ml de solução aquo-sa de malation-' 4 C, com atividade específica de 4,6 mCil mmol e concentração de 1 11g/ml do composto não-ra-dioativo
A mistura solo/solução de pesticida permaneceu em equilíbrio com agitações aperi<Sdicasl, após vinte e quatro horas, uma alíquota do sobrenadante foi separada e ex-traída com igual volume de éter de petróleo. A concentra-ção do pesticida adsorvida ao solo foi determinada indire-tamente pela contagem da fase etérea por cintilação em li-quido e cromatografia gasosa, simultaneamente. O coefi-ciente de distribuição (K) do pesticida entre o solo e a
solução, para determinada concentração, foi calculado através da razão entre a quantidade de pesticida adsorvi-da ao solo e a remanescente na solução após o equilíbrio (Guenzi 1974).
Assim:
K jig de pesticida adsorvido/g de solo
jig de pesticida remanescente/mI de solução
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Pôde-se observar, após nove dias de experimento, que nos três perfis de solo Podzólico Vermelho-Ama-relo ocorreu redução acentuada na percentagem de radiocarbono extraído, correspondente à transfor-
mação do irialation-' 4 C em outrôs compostos ui-micos radioativos, que, tendo maior interação com as partículas• do solo, determinaram, paraIelamei-te, um incremento na fração de car'bono- 14 retida pelos solos (Fig.1). As estruturas químicas deses compostos ligados ao soio não foram estabeleci das, pois a combustão imida, usada em suas quan-tificações, é de natureza degradativa Nesses solos, os compostos radioativos 1igdos às suas partículas chegou a atingir um máximo de 50% da.atividade aplicada, enquanto no GIei Pouco Húmico distrófico issa percentagem foi apenas de 20% após nove dias deexperimento, quando praticamente todo o mala-tion-' 4 C se degradou. Esses resultados. mostram que tanto a degradação de um praguicid quanto a força de ligação dos metabólitos resultantes com as frações do solo estão estreita me nte : relacionadas com as características do solo considerado. -
O balanço total do radiocarbono, observado du-rante o experimento, mostra que não houve com-pleta recuperação da atividade aplicada. Conside-rando-se que é muito difícil a volatilização do ma-lation das amostras dos 'solos, como constatado por Harris & Lichtenstein (1961), e examinando--se, na Fig. 2, os caminhos de degradação deste defensivo agrícola propostos por Konrad et al. (1969), pode-se observar que é muito pouco prová-vel a perda de atividade por formação de, produtos voláteis que não o 114 CO2 . Como o 54 CO2 evolvi-do evolvi-dos solos é captaevolvi-do pelas armadilhas de etano-lamina, a não-recuperação total da atividade apli-cada tem como fator mais provável a não-quantifi-cação de possíveis metabólitos radioativos presen-tes na fase aquosa dos extratos de solos.
• Os dados da Tabela 2, referentes à aná.lise do cromatograma dos extratos dos solos, permitem estabelecer, através do malation) 4 C extraído du-rante os quatro primeiros dias de experimento, a seguinte ordem decrescente de velocidade de degra-dação do inseticida nos solos: PVA-1 > PVA-3 > > PVA-2> Glei Pouco Húmico distrófico. A degra-ção do malation- 14 C levou à formadegra-ção de metabó-litos de natureza não identificada, presentes nos extratos de solos e que no desenvolvimento da cromatografia em camada delgada permaneceram no ponto de aplicação (Rf = 0,00). Observando-se as percentagens dos metabólitos presentes nos ex-tratos orgânicos dos perfis de solo Podzólico Ver-
288 R.HIRATAet ai.
Podzólieo VermeIho'Am&eo - 1
75 1
50
251 IL
melho-Amarelo, nos quatro dias de extração, veri-fica-se que seus valores so relativamente maiores para o PVA-3. Poder-se-ia esperar que essa maior proporção em radiocarbono nos extratos desse solo fosse decorrente da menor força de ligação dos metab6litos com as partfculas do solo. Entra-tanto, como se constata pela Fig. 1, essas diferen-
100•
ças no so devidas a esse fato, pois os conteúdos de metabdlitos retidos pelos três perfis de solo Podzóljco Vermelho-Amarelo e determinados por combustão timida no diferem muito em suas percentagens. -
Os valores mais altos das percentagens de me-tab6litos radioativos nos extratos orgnicos do
f 75 50 25 o - 1 3 6 9 3 .6 TE MPO (DIAS)
F IG. 1. Recuperaçgo do carbono-14 em &iostras de solos incubados com maletion- 14 C O—O 14c extraído;
A--'4co2;x-x 14C retido no solo; 1—. 14C toti.
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R. KIRATA et ai.
TABELA 2. Percentagens de malation-' 4C e metabólitos radioativos nos extratos de soto, determinados por cromato-grafia em camada delgada
Solos Tempo (dias)
PVA•1 PVA-2 PVA-3 Glei Pouco Hu.mico distrófjco
1 Malation 5.1 22 10 57 Metabólitos 9,9 5,5 39 10 2 Malation 4,1 10 9,2 46 Metabólitos 5.9 1,8 24 6,8 3 Malation 3,2 7,2 7,0 35 Metabôlitos 5,3 2,8 15 9,1 4 Malation 2,6 4,6 3,7 32 Metabôlitos 2,5 3,3 11 6,5 * Malatiors: Rfm 0,33 Metabólitos: Rf - 0,00
PVA-3 podem ser explicados supondo-se que a. Compostos com estruturas diferentes, por exemplo IV e V no esquema da Fig. 2, além de outros, podem ter sido formados pela transfor-mação do malation- 3 4 C, sendo os presentes no PVA-3 mais solúveis na fase orgânica de extração. b. A degradação dos metabólitos no PVA-3 em ou-tros compostos, menos solúveis no sistema de sol-vente de extração, pode ter-se processado mais len-tamente em relação aos outros dois solos podzóli-cos.
Comparando-se as Tabelas 2 e 3 e excetuando--se o Glei Pouco Húmico distrófico, podeexcetuando--se obser-var que, quanto maior é o valor do coeficiente de distribuição do malation no solo (maior sorção), tanto menor é a percentagem do inseticida no ex-trato de soto correspondente (maior degradação). É provável que, no presente estudo, a transforma-ção do inseticida tenha ocorrido inicialmente por uma hidrólise catalisada nas superfícies de adsor-ção dos solos, suposiadsor-ção essa que pode ser corro-borada pelo considerável acúmulo de evidencias que o malation em solos é clivado, primeiramente, por hidrólise química (Kearney & Helling 1969, Konrad et ai. 1969).
No Glei Pouco Himico distróflco, onde a ex-tensão de adsorção foi da mesma ordem de gran-deza que a do PVA-1, a degradação do praguicida foi a menos acexuuada dos quatro solos analisados,
TABELA 3. Coeficiente de distribuição (K) do malation em amostras de solos, determinado por cinti-fação líquida e cromatografia gasosa.
Solos Cintilação Cromatografia
líquida gasosa
PVA-1 20 23
PVA-2 3,1 2,3
PVA.2 5,5 3,4
Glei Pouco Húmico
distrófico 16 23
como se constata comparando-se os valores das percentagens de malation-' 4 C nos extratos de so-lo. Essa queda na velocidade de degradação do in-seticida pode ter sido causada pelo tipo de argila presente e a interação desta fração com a matéria orgânica e que teria influância na orientação das moléculas do malation na superfície do solo, cau-sando, conseqüentemente, certa resistência aos processos catalíticos de degradação. O fato de que o tipo de argila, a matéria orgânica e suas intera-ções nos solos influem no destino de um defensi-vo agrícola pode ser constatado observando-se que - embora os conteúdos dessas duas frações no PVA-3 e no Clei Pouco Húmico distrófico estejam em proporções similares - as extensões de adsorção e velocidades de degradação do malation são bem
3 .-. 2 o -J o- w Ô > 1- .t Õ uJ (3 2 w o LU 0 o cl > -J
o
uJ O odiferentes. Essas considerações, referentes à velo-cidade de degradação do malation, mostram que a persistência dos defensivos agrícolas nos solos depende de sua estabilidade química e dos diferen-tes tipos de interações que as molcuIas do inseti-cida possam ter com os componentes do solo.
Por outro lado, sabe-se, também, que o mala-tion pode ser degradado por microorganismos, e,
independentemente de como a ligação P-S do inse-ticida é hidrolisada em solos, ocorre em seguida o metabolismo dos produtos resultantes. Assim, pode-se observar, na Fig. 1, que, embora quase to-do o malation- 14 C se tenha degradato-do apis nove dias de incubação nos quatro tipos de solos estuda-dos, a evolução de 14 CO2 ainda continuou por tre-ze semanas subseqüentes do experimento (Fig. 3).
2 4 6 8 lO 12 14
TEMPO (SEMANAS)
FIG. 3. 14CO2 proveniente de amostras de solos tratados com malation-14 C.
292
R. 1-HRATA et aI. Essa lenta formação do 14 CO2 , quando
compara-da com a rápicompara-da transformação do inseticida, leva à conclusão de que não houve uma passagem dire-ta do malation-' 4 C para o dióxido de carbono ra-dioativo e, ainda, que os rnetabólitos intermediá-rios formados são muito mais estáveis quimica-mente que o malation do qual se originaram.
Durante o transcorrer dos ensaios, pôde-se su-por que microorganismos do solo degradaram os metabólitos resultantes, oxidando, possivelmente, o ácido tiomálico, um provável produto radioati-vo de transformação do malation (composto II, Fig. 2) e metabolizando posteriormente o ácido málico resultante até o 14 CO2 final.
CONCLUSÕES
1. A velocidade de degr ação do malation varia conforme o tipo de solo com que interage, estando estreitamente ligada a fenômenos de sorção.
2. A evolução de 14 CO2 se processa por via indireta, atravás de metabólitos intermediários for-mados pela degradação do malation.
3. Nos soios, os produtos de degradação
inter-mediários são mais estáveis quimicamente que o
malation.
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